【文章內(nèi)容簡介】 雜質(zhì)的含量及分布方式嚴重地影響著太陽光的吸收率和載流子的復合率，從而影響著光電轉(zhuǎn)化效率，這也是多晶硅薄膜太陽能電池的性能仍落后于單晶硅太陽電池的主要原因。目前，多晶硅的生產(chǎn)工藝有多種，最常見的有改良西門子法和硅烷熱分解法。二者相比之下改良西門子法稍具優(yōu)勢，這種方法的主要技術(shù)是：（1）在大型反應(yīng)爐內(nèi)同時加熱許多根金屬絲，減小爐壁輻射所造成的熱損失；（2）爐的內(nèi)壁加工成鏡面，使輻射熱反射，減少散熱；（3）提高爐內(nèi)壓力，提高反應(yīng)速度等；（4）在大型不銹鋼金屬反應(yīng)爐內(nèi)使用100根以上的金屬絲，多晶硅產(chǎn)量由改良前每爐次100～200kg提高到5～6t。其顯著特點是加強尾氣回收，在15～90℃對尾氣加壓多級冷凝分離。分離產(chǎn)物再回系統(tǒng)利用且能耗低、產(chǎn)量高、質(zhì)量穩(wěn)定。隨著改良西門子法技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，使原輔材料及能耗大為降低，產(chǎn)品成本也隨之降低。新硅烷法不斷取得進展，除保證多晶硅純度較高的特點外，直徑也從原來的不足100mm增大至140mm，晶粒多晶硅已規(guī)模生產(chǎn)。多晶硅生產(chǎn)均采用閉路循環(huán)工藝流程，使副產(chǎn)物得以合理、充分的利用。多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來，就結(jié)晶成多晶硅。多晶硅可作拉制單晶硅的原料，多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面，如在力學性質(zhì)、光學性質(zhì)和熱學性質(zhì)的各向異性方面，遠不如單晶硅明顯；在電學性質(zhì)方面，多晶硅晶體的導電性也遠不如單晶硅顯著，甚至幾乎沒有導電性；在化學活性方面，兩者的差異極小。多晶硅和單晶硅可從外觀上加以區(qū)別，但真正的鑒別須分析測定晶體的晶面方向、導電類型和電阻率等。 非晶硅太陽能電池在美國RAC實驗室Carlson和Wronski的共同努力下，第1塊非晶硅薄膜太陽能電池于1976年問世，從此拉開了薄膜光伏技術(shù)研究與發(fā)展的序幕，目前非晶硅薄膜太陽能電池正在進入顯著的技術(shù)進步和規(guī)?；瘧?yīng)用階段。由于硅料的供應(yīng)緊缺為非晶硅太陽能電池（又稱薄膜太陽能電池）帶來了良好的發(fā)展機遇，轉(zhuǎn)換效能上，多晶硅因其不可改變的物理特性，其最高效能為15%～16%；非晶硅薄膜可透過沉淀不同化學特性的物質(zhì)于不同段層，將轉(zhuǎn)換效能由6%提升至12%或更高，%。其次，薄膜吸收較廣的陽光波長，在陰天或微弱陽光下運作亦較佳；相反，多晶硅的效能在較暗的情況下就會急速下降，因此非晶硅薄膜在實際環(huán)境下的轉(zhuǎn)換效能比多晶硅高出10%以上。再者，非晶硅薄膜的轉(zhuǎn)換效能雖然只及多晶硅的1/2，但生產(chǎn)成本亦只有多晶硅 的1/3。多晶硅生產(chǎn)過程需要1100℃高溫，不但耗能大，而且所帶來的污染問題亦十分嚴重。非晶硅薄膜只需將氣體沉淀轉(zhuǎn)化成等離子附在玻璃上即可，生產(chǎn)過程只需150℃低溫，消耗電能少，無污染，因此可以低成本大面積連續(xù)生產(chǎn)非晶硅電池。目前非晶硅電池轉(zhuǎn)換效率及穩(wěn)定性仍不及晶體硅電池，但其硅料使用量少、制程簡單且易大面積量產(chǎn)、產(chǎn)品透光性佳及應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點仍獲得市場的追捧。非晶硅又稱無定形硅，它是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，是棕黑色或灰黑色的微晶體；不具有完整的金剛石晶胞，純度不高；熔點、密度和硬度也明顯低于晶體硅；化學性質(zhì)比晶體硅活潑，可由活潑金屬（如鈉、鉀等）在加熱下還原四鹵化硅，或用碳等還原劑還原二氧化硅制得。結(jié)構(gòu)特征為短程有序而長程無序的α硅，純α硅因缺陷密度高而無法使用。由非晶態(tài)合金的制備可知，要獲得非晶態(tài)，需要有高的冷卻速率，而對冷卻速率的具體要求隨材料而定。硅要求有極高的冷卻速率，用液態(tài)快速淬火的方法目前還無法得到非晶態(tài)。近年來，發(fā)展了許多種氣相淀積非晶態(tài)硅膜的技術(shù)，其中包括真空蒸發(fā)、輝光放電、濺射及化學氣相淀積等方法。一般所用的主要原料是單硅烷（SiH4）、二硅烷（Si2H6）、四氟化硅（SiF4）等，純度要求很高。非晶硅膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與制備工藝的關(guān)系非常密切，目前認為以輝光放電法制備的非晶硅膜質(zhì)量最好，設(shè)備也并不復雜。采用輝光放電氣相沉積法就可得含氫的非晶硅薄膜，氫在其中補償懸掛鏈，并進行摻雜和制作PN結(jié)。開發(fā)太陽能電池的兩個關(guān)鍵問題就是，提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本。由于非晶硅薄膜太陽能電池的成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，普遍受到人們的重視并得到迅速發(fā)展，但非晶硅作為太陽能材料，盡管是一種很好的電池材料，使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區(qū)域不敏感，這樣一來就限制了非晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。此外，其光電效率會隨著光照時間的延長而衰減，即所謂的光致衰退SW效應(yīng)，使得電池性能不穩(wěn)定。在發(fā)展非晶硅作為太陽能材料上，如果能進一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉(zhuǎn)換率問題，那么非晶硅大陽能電池無疑是太陽能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。據(jù)世界能源組織(IEA)、歐洲聯(lián)合研究中心、歐洲光伏工業(yè)協(xié)會預測，2020年世界光伏發(fā)電將占總電力的1%，到2040年光伏發(fā)電將占全球發(fā)電量的20%，按此推算未來數(shù)十年全球光伏產(chǎn)業(yè)的增長率將高達25%～30%。可以預言，在21世紀中葉，太陽能光伏發(fā)電成為人類的基礎(chǔ)能源之一，在世界能源構(gòu)成中占有一定的地位。 多元化合物薄膜太陽能電池多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機鹽，其主要包括砷化鎵IIIV族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅銦硒薄膜電池等。硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會對環(huán)境造成嚴重的污染，因此，并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代產(chǎn)品。砷化鎵（GaAs）IIIV化合物電池的轉(zhuǎn)換效率可達28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光學帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強，對熱不敏感，適合于制造高效單結(jié)電池。但是GaAs材料的價格不菲，因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。銅銦硒薄膜電池（簡稱CIS）適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光致衰退問題，轉(zhuǎn)換效率和多晶硅一樣。具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點，將成為今后發(fā)展太陽能電池的一個重要方向。唯一的問題是材料的來源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發(fā)展又必然受到限制。 有機物太陽能電池 在太陽能電池中以聚合物代替無機材料是剛剛開始的一個太陽能電池制備的研究方向。其原理是利用不同氧化還原型聚合物的不同氧化還原電勢，在導電材料（電極）表面進行多層復合，制成類似無機 P－N 結(jié)的單向?qū)щ娧b置。其中一個電極的內(nèi)層由還原電位較低的聚合物修飾，外層聚合物的還原電位較高，電子轉(zhuǎn)移方向只能由內(nèi)層向外層轉(zhuǎn)移；另一個電極的修飾正好相反，并且第一個電極上兩種聚合物的還原電位均高于后者的兩種聚合物的還原電位。當兩個修飾電極放入含有光敏化劑的電解波中時．光敏化劑吸光后產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移到還原電位較低的電極上，還原電位較低電極上積累的電子不能向外層聚合物轉(zhuǎn)移，只能通過外電路通過還原電位較高的電極回到電解液，因此外電路中有光電流產(chǎn)生。 由于有機材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本底等優(yōu)勢，從而對大規(guī)模利用太陽能，提供廉價電能具有重要意義。但以有機材料制備太陽能電池的研究僅僅剛開始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無機材料特別是硅電池相比。能否發(fā)展成為具有實用意義的產(chǎn)品，還有待于進一步研究探索。 本章小結(jié) 薄膜太陽能電池是緩解能源危機的新型光伏器件。太陽能電池開發(fā)和制備過程中必須考慮的兩個因素是提高轉(zhuǎn)化率和降低成本。而電池的薄膜化無疑是降低成本的有效途徑。 目前所開發(fā)研制的薄膜太陽能電池中硅基薄膜和多元化合物薄膜太陽能電池效率較高，并部分實現(xiàn)了商品化，但受材料制約，與其他薄膜太陽能電池相比成本相對較高。納米晶薄膜太陽能電池和有機薄膜太陽能電池原料易得、成本低，但目前轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性不夠好，所以研制新的低成本光電材料、開發(fā)新的大面積薄膜電池制備工藝以提高納米晶薄膜太陽能電池和有機薄膜太陽能電池的穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)換效率仍是未來薄膜太陽能電池的研究熱點。第2章 電動汽車中電池的發(fā)展 電動汽車簡介 電動汽車一般指以車載電源為動力，全部或部分由電機驅(qū)動行駛的汽車。電動汽車以其污染小、噪聲低、能源效率高和能源來源多元化等優(yōu)點備受青睞，成為現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展的方向之一。目前，電動汽車在許多重要技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)取得了突破性的進展，接近實用化階段。但是，電動汽車大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展仍面臨技術(shù)、經(jīng)濟等方面的諸多瓶頸，中長期發(fā)展存在較大的不確定性。 電動汽車用鉛酸蓄電池 鉛酸電池最早用作內(nèi)燃機汽車的起動動力源，后經(jīng)過發(fā)展成為電動汽車蓄電池。由于技術(shù)成熟、價格便宜，它是目前在汽車領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的電池。鉛酸電池具有可靠性好、原材料易得、價格便宜等優(yōu)點，比功率也基本上能滿足電動汽車的動力性要求。但它有兩大缺點：一是比能量低，一次充電行駛里程較短；另一個是使用壽命短，使用成本過高。近期鉛酸電池仍將作為動力源應(yīng)